海洋学导论-第四章

人工放射系-- 4n+1系
4.1.4 海洋化学污染物 (P120)
联合国专家组（1982）把海洋污染定义为:直接或间接由人类向大洋和河口 排放的各种废物或废热，引起对人类生存环境和健康的危害，或者危及海洋生命
（如鱼类）的现象。
一、废弃物的本质 人类把物质或能量引入海洋，引起生物资源损害、人类健康危害、海洋活 动妨碍等影响的现象。 污染物包括： ㈠石油类 ㈡毒性较大的重金属 ㈢有机氯农药等合成有机物 ㈣引发 赤潮的NO3-、PO4- 营养物 二、废弃物处理的方法 ㈤放射性核素
质量是4.0026原子质量单位。
放射性核在α衰变后，它的质量数减少4，原子序数减少2。若以X代表 衰变前母核，衰变后子核用Y表示，则α衰变可写成以下形式：
实例
：经过α衰变，生成
表示式可写为：
同一种核放出的α 粒子
能量是一定的。有的核放出
单一能量的α 射线，有的核 素放出几种不同能量的α 射 线。当它不只放出一种能量 的α 射线时，往往伴随有γ 射线放出。例如，镭的α 衰 变及氡的能级图。
3．同核异能跃迁(γ 衰变) 有许多放射性核，在发生α 衰变以后，生成的子核不是处于基态而 是处于激发态，由激发态过渡到基态的半衰期大于0.1秒，我们把这种 衰变类型称之为同核异能跃迁或称作γ 衰变。 从上述定义可以看出：同核异能跃迁（γ 衰变）前后，母核与子 核的原子序数、质量数都没有改变，只是核的能量不同，再者是母核与
(3.5学时）
（基本要求：了解海水化学组成基本知识、海气界面的气体交换模式、海洋 营养元素的存在形式及其循环的主要过程；理解海水总碱度、碳酸碱度、溶解 氧补偿深度、元素逗留时间等概念；掌握海水CO2系统控制pH的原理、海洋中
营养盐的分布与变化的一般规律。）
§4.1 §4.2 §4.3 §4.4 §4.5 海水的化学组成 海水中的二氧化碳系统 海气界面的气体交换 海水中的营养元素 (1学时） (1学时） (0.4学时） (1学时）
Na
Mg Al Si P S
7.7
7.0 2 3.8 4 6.9
Fe
Co Ni Cu Zn Ga
2
4.5 4 4 4 4
Sb
I Cs Ba La Au
4
6 5.8 4.5 6.3 5
4.1.2
微量元素 (P115)
微量元素——海水中浓度等于或低于1㎎／㎏的元素。除海水常量元素、营 养元素、溶解气体外，其余通称为海水微量元素。 微量元素在海水参与络合、氧化还原平衡、生物吸收、颗粒物的吸附与解吸
中的碳氢混合物带入大海的。
图4-4 世界主要海上石油 运输路线（Clark，1989）
图4-5表明了海上溢油的分解过程。其中较轻的组分挥发了；水溶性组分 溶于海水；最重要部分——不溶性残渣乳化为小球，最终沉入海底或冲到海岸， 被缓慢分解或者掩埋掉。溢油的危害取决于生物的种类和溢油的地区。
图4-5 海上溢油的分解过程（Spears，1974）
子核的半衰期不同。
其中： β 1-1.176兆电子伏（6.5%） β 2-0.514兆电子伏（93.5%） γ -0.662兆电子伏
在此需要注意的是：激发态的原子核回到基态时，除发生同核
异能跃迁外，还可以发射内转换电子，不放出γ 射线。原子核从高
能级跃迁到低能级时，多余能量使K层或L层、M层电子脱离轨道，成
海水的成分分类（P110）
①主要成分 海水中浓度>1mg/kg的成分 （提示：教材中1³10-6 mg/kg有误）
Na+
K+
Ca2+ Br-
Mg2+
Sr2+ F- H3BO3占盐份总量的99.9%
Cl- SO4-
HCO3-(CO32-)
上述这些成分在海水中的含量较大，各成分的浓度比例近似恒定，生物活动 和总盐度的变化对其影响都不大，所包含的13种元素称为保守元素。 “Si”元素 非保守元素
为单一能量的内转电子。在发生内转换时，原子失去一个内层电子， 这种状态也是不稳定的，外层电子就会自动充填内层电子空位。由 于外层电子能量高，内层电子能量低，外层电子充填内层电子空位 时，多余能量以特征X射线放出。此时放出的射线叫X射线。
天然放射系--4n+2系
天然放射系--4n+3系
天然放射系----(4n)系
输入速率Q →
海洋物质 总量 M
→ R输出速率
dM dt
处于稳定状态：
=Q
R
dM =0 dt
Q =R
元素的逗留时间等于元素输出速率常数的倒数 (P114)
R = kM (k为输出速率常数 )
Q kM = 0
1 M = =π k Q
海水中一些元素的逗留时间列于表4-2中 (P114) 例题：（1）海洋中水分子的逗留时间：海洋的平均深度为4000m，全球 河流的径流量折算为海洋水位是13cm/a，所以 TH T
决定作用。
二、元素在海水中的逗留时间 （p114） ※ Ｂarth（1952）提出海水中元素的逗留时间（T）的概念 ※ 定义：元素以固定的速率向海洋输送，如果要把全部海水中该元素置换 出来所需的平均时间。
海水中某元素的总量 ※ 计算公式： T = 该元素每年进入海洋的 量
当海水中某元素的含量不随时间改变，则该元素输入海水的速率应当等于从 海水中输出的速率，
β—衰变的母核与子核的质量数相同，子核的原子序数增加1，即：
如：
β —衰变时放出的能量被衰变后的子核、β 粒子和中微子共同带走。 这三种粒子的发射方向的角度是任意的，所以带走的能量不固定。由于 子核质量远远大于β 粒子和中微子，相比之下，它带走的动能可以忽略 不计，因而β —衰变释放能量在β 粒子和中微子之间分配。实验测得β 粒子的能量是从零至最大值的连续能谱。与α 衰变时伴随放出的γ 射线 相比较，β —衰变放出的γ 射线强度要大得多。天然放射性元素放出的 主要γ 射线几乎都是伴随β —衰变产生的。
放射性核的衰变的方式:
一个不稳定的原子核自发衰变为另一个原子核，同时放出射线，这 种现象称为放射性衰变。天然放射性元素核衰变的主要类型为α衰变， β—衰变及同核异能跃迁（γ衰变）。 1．α衰变 不稳定核自发地放出α粒子，而变成另一种核，称为α衰变。 α粒子是氦素（ ），它由两个中子、两个质子组成，带两个正电荷，
②溶于海水中的气体成分：如氧、氮及稀有气体等
③营养元素（营养盐、生源要素）：主要是与海洋植物生长有关的元素，
通常是指N，P及Si等。 ④微量元素：海水中含量很低，但又不属于营养元素者。 ⑤海水中的有机物质：氨基酸、腐植质、叶绿素等。
4.1.1海水的主要成分
一、性质与溶存形式
（p112）
表4-1中列举了几乎所有主要元素的无机形态。它对于元素在海水中的反应有
天然放射性 微量元素
人工 核污染
（一）碳氢化合物
主要是指石油。碳氢化合物污染主要发生在从石油产地到炼油厂
和石油消费地之间海上运输过程中的泄漏和海上事故。
图4-4表示世界上主要的海上石油运输路线。从图中可以看到，美国、日本 和西欧国家对中东石油的依赖。每年大约有（5~10）³106t石油流入大海。
其中2/3是在运输途中泄漏的，1/3是由河流把炼油厂的废油和其他工业废水
二、海水的氧化还原电位 海水的氧化还原电位,是控制金属污染物溶存形式的主要因素之一。用于定 量分析重金属在海水中氧化还原转化。 当海水是一个氧化还原的平衡体系，相对电对氧化－还原平衡的半电池反 应为： 电极电位可以表示为 aox+ne—→ared
Eh = E0
RT ared = E0 nF aox
最好的方法是减少废弃物的数量，废弃物再生利用，一些有机废弃物作为能
源烧掉，对于多氯联苯（PCB）这类难分解的有机物，采用焚烧是最好的方法。
排污口
2011年 日本东部地震 灾害 海啸残 骸在太平洋上 形成巨大的垃 圾岛,”垃圾岛” 长达111公里， 面积约为20 万平方米
三、海洋化学污染物
污染物 碳氢化合物 （ 5-10） ×10Mt 重金属 汞、铅等 有机化合物 7万种 放射性物质 营养物质
从上图可见：镭放射出两种能量的α 射线，一种是4.784兆电子伏 的α 1粒子(占95%)，形成的基态。放出的另一种α 2粒子能量为 4.601兆电子伏 (占5%)，衰变后子核氡处于激发态。处于激发状态 的氡原子核不稳定，自发地回到的基态，同时放出0.186兆电子伏的 γ 光子。这种由于处于激发态的原子核不稳定，自发地回到核的基
海洋科学导论
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 第十二章 绪论 地球系统与海底科学 海水的物理特性和世界大洋的层化结构 海水的化学组成和特性 海洋环流 海洋中的波动现象 潮汐 大气与海洋 海洋生物 海洋中的声、光传播及其应用 卫星海洋遥感 中国近海的区域海洋学
ared RT 2.303 log nF aox
定义：pE=-logae，pE可以表示氧化还原能力的强弱。pE低，电子活度大， 还原能力强，
25℃时pE=Eh/0.059，pE0=Eh0/0.059。
电化学方法可测Eh。通气良好的海水Eh约为0.4V
4.1.3 海水中的放射性同位素 （P118）
海洋的放射性来源于天然放射性核素和人工放射性核素。 三大天然放射系U、Ac、Th系成员 一、天然放射性核素 宇宙射线作用产物，3H、14C。 不成系的40K、87Rb。 核武器爆炸 核动力舰船和原子能工厂排放 二、人工放射性核素 固体放射性废物 放射性核素的应用和事故
态的现象称为γ 跃迁。
一般α 衰变时，伴随放出的γ 射线的能量不大，概率也较小。 2.β —衰变
不稳定的核自发地放出β 粒子及中微子（ν ），变成另一原子核，
成为β —衰变。β —衰变相当于母核中的一个中子转化为质子，使中子、 质子数目之比发生了新变化，达到了新的平衡。